Incorporando lastre a base di titanio in acqua, un gruppo guidato da scienziati del RIKEN Center for Emergent Matter Science ha creato un materiale utilizzando materiali inorganici che possono essere convertiti da un gel duro a una materia morbida utilizzando i cambiamenti di temperatura.

La fantascienza presenta spesso forme di vita inorganiche, ma in realtà, organismi e dispositivi che rispondono a stimoli come i cambiamenti di temperatura sono quasi sempre basati su materiali organici, e quindi, la ricerca nel campo dei "materiali adattativi" si è concentrata quasi esclusivamente sulle sostanze organiche. Però, ci sono vantaggi nell'usare materiali inorganici come metalli, comprese proprietà meccaniche potenzialmente migliori.

Considerando questo, il gruppo guidato da RIKEN ha deciso di tentare di ricreare il comportamento mostrato dagli idrogel organici, ma utilizzando materiali inorganici. L'ispirazione per il materiale viene da una creatura acquatica chiamata cetriolo di mare. I cetrioli di mare sono animali affascinanti, imparentato con le stelle marine (ma non con i cetrioli!) - che hanno la capacità di trasformare la loro pelle da uno strato duro in una specie di gelatina, permettendo loro di espellere i loro organi interni, che alla fine ricrescono, per sfuggire ai predatori. Nel caso dei cetrioli di mare, le sostanze chimiche rilasciate dal loro sistema nervoso innescano il cambiamento nella configurazione di un'impalcatura proteica, creando il cambiamento.

Per farlo, i ricercatori hanno sperimentato la disposizione di nanofogli, sottili fogli di ossido di titanio in questo caso, in acqua, con i nanofogli che costituiscono il 14% e l'acqua l'86% del materiale in peso.

Secondo Koki Sano di RIKEN CEMS, il primo autore del saggio, "La chiave per stabilire se un materiale è un idrogel morbido o un gel più duro si basa sull'equilibrio tra le forze attrattive e repulsive tra i nanofogli. Se le forze repulsive dominano, è più morbido, ma se quelli attraenti sono forti, i fogli si bloccano in una rete tridimensionale, e può riorganizzarsi in un gel più duro. Utilizzando una repulsione elettrostatica finemente sintonizzata, abbiamo provato a creare un gel le cui proprietà sarebbero cambiate a seconda della temperatura".

Alla fine il gruppo è riuscito a farlo, scoprendo che il materiale è cambiato da uno stato dominato dalla repulsione più morbido a uno stato dominato dall'attrazione più duro a una temperatura di circa 55 gradi centigradi. Hanno anche scoperto che potevano ripetere il processo ripetutamente senza un significativo deterioramento. "Quello che era affascinante, " lui continua, "è che questo processo di transizione viene completato in soli due secondi anche se richiede un grande riarrangiamento strutturale. Questa transizione è accompagnata da un cambiamento di 23 volte nell'elasticità meccanica del gel, ricorda i cetrioli di mare."

Per rendere il materiale più utile, lo hanno poi drogato con nanoparticelle d'oro che potrebbero convertire la luce in calore, permettendo loro di puntare la luce laser sul materiale per riscaldarlo e modificarne la struttura.

Secondo Yasuhiro Ishida di RIKEN CEMS, uno degli autori corrispondenti dell'articolo, "Questo è un lavoro davvero entusiasmante in quanto apre notevolmente la portata della sostanza che può essere utilizzata nei materiali adattivi di prossima generazione, e può anche permetterci di creare una forma di vita inorganica."